JPH05237111A

JPH05237111A - 超音波探触子

Info

Publication number: JPH05237111A
Application number: JP4043950A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Ishikawa; 寛石川; Kazuhiro Watanabe; 一広渡辺; Yasushi Hara; 靖原; Kenji Kawabe; 憲二川辺
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1992-02-28
Publication date: 1993-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】前方および側方の３次元的超音波情報を得
る。【構成】チューブ１内に設けられ、このチューブ１の
軸方向にほぼ直角方向に揺動軸２を設ける。この揺動軸
２は、チューブ壁で支持されるようにし、永久磁石３を
揺動自在に支持する。この永久磁石３に圧電振動子５を
取付け、コイルまたは電磁石15によって永久磁石を揺動
させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中空の構造物の超音波
探傷や人体における体腔、血管等の超音波診断に用いる
超音波探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】以下、本文では、特に血管に挿入した場
合について説明するが、中空の構造物に挿入した場合も
同様である。超音波探傷技術の応用として当初は生体内
の正常組織と比較して見出される異常反射源からの反射
波の検出とその位置の確認が行なわれたが、エレクトロ
ニクスの進歩とともに超音波断層画像が実用化され有効
な診断法として認められるようになっている。

【０００３】超音波診断は血管内の異常診断にも用いら
れ、血管の梗塞部位を診断する場合、まず始めに梗塞部
位の同定をＸ線撮影で行い、次に梗塞部位の様子を光フ
ァイバーを用いた光学系により診断を行ったり、梗塞し
ている脂質の厚さ等の診断をカテーテル型の超音波探触
子を血管内に挿入して行う。

【０００４】診断後、光ファイバーや超音波探触子を抜
き取り、状況に応じて血管のバイパス手術等の外科的処
置を施したり、梗塞部位の脂質をレーザーやレーザーフ
ァイバーの先端に付けたホットチップによって焼失した
り、カテーテル先端部に設けられたカッターにより削除
したり、またカテーテル先端部に付けたバルーンを梗塞
部位で膨らまして血管径を拡張する等の処置を施す。

【０００５】血管の診断方法としては、光ファイバーを
用いて光学的に観察する方法と超音波探触子を用いて超
音波断層像を撮影して観察する方法があるが、超音波に
よる方法は診断部位の表面だけでなく、内部まで観察で
き、その部位の厚さ等を計測できることから、極めて有
効な手段である。また、この様な超音波診断は、レーザ
ー光による患部の焼失処置等の治療手段との組合せが期
待されている。

【０００６】従来用いられている超音波探触子、および
これを用いた診断や治療法を説明する。図12は超音波探
触子の構造を示す図で、超音波を送受信する圧電振動子
５はチューブ１の中に納められ、フレキシブル・ワイヤ
ー８によって回転する。フレキシブル・ワイヤー８は中
空になっており、圧電振動子５への信号線が中に配線さ
れている。図13は図12に示すフレキシブル・ワイヤー８
の回転装置を示す。フレキシブル・ワイヤー８はカップ
リング23でモータ９の軸24と結合され、モータ９によっ
て回転される。なお、チューブ１を検査位置へ挿入する
のはチューブ１を外から送り込むことによって行う。

【０００７】図14は図12に示す超音波探触子を用いて血
管の内部を診断している状態を示す。図15は図14の探傷
で得られる超音波断層像を示し、血管内に付着した脂質
の厚さが得られる。図16はこのようにして得られた脂質
を除去するため、レーザー・ファイバーを挿入し、レー
ザー光により脂質を照射し焼失処置をしている状態を表
わす。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の超音波探触子を
用いる場合、図17に示すように、超音波探触子が回転し
て走査する１断面の画像しか得られないので、血管につ
いた脂質全体を観察しようとした場合、図18に示すよう
に超音波探触子を前後に動かしながら断層像を撮らねば
ならない。また、図19に示すように血管が閉塞している
場合は超音波探触子をそれ以上送り込めないため、閉塞
の厚さはどの程度か検査できない。

【０００９】また、図20に示すように、上述した診断の
下でレーザー等を用いた治療を行う場合、診断方向が横
断面方向しか持たない従来の超音波探触子では、治療対
象が存在する前方を全くみることが出来ないため、その
方向にレーザーを照射するのが極めて危険である点があ
げられる。例えば、レーザーの誤照射による血管の穿孔
や正常組織の焼失の可能性がある。

【００１０】また、レーザー照射による治療後の判定、
すなわち治療部位に対して適切にレーザーが当てられた
か、あるいは十分レーザーが進達出来たかを観察出来な
いという欠点もある。さらに、超音波ビームのスキャン
は、図12，13に示すように、カテーテル外部のモータの
トルクでワイヤーを介して圧電振動子や、超音波ビーム
を反射するための反射体を回転させることによって行う
方法があるが、ワイヤーのためカテーテルの剛性が高
く、深部まで挿入できなかったり、血管を傷つける可能
性がある。また、曲がりくねった血管等に挿入し、カテ
ーテルの曲率が小さい場合など、ワイヤーがカテーテル
内壁との摩擦でスムーズに回転できなくなり、回転むら
を生じてしまう場合がある。

【００１１】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
ものであり、従来の進行方向に直交する断面の影像に加
えて、前方および側方の３次元的超音波情報の得られる
超音波探触子を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の超音波探触子は、チューブ１内に設けら
れ、このチューブ１の軸方向とほぼ直角方向にチューブ
壁で支持された揺動軸２と、この揺動軸２で支持される
永久磁石３と、この永久磁石３に対し磁力を発生して前
記揺動軸２まわりに前記永久磁石３を揺動させる磁力発
生手段４と、前記永久磁石３に取付けられた圧電振動子
５とを備えたものである。

【００１３】また、前記チューブ１の挿入方向を前方と
し、前記圧電振動子５を前記永久磁石３の前方に取付け
たものである。

【００１４】また、前記チューブ１の挿入方向に直角方
向を側方とし、前記圧電振動子５を前記永久磁石３の側
方に取付けたものである。

【００１５】また、チューブ１内に設けられ、このチュ
ーブ１の軸方向に回転軸を持つ回転枠６と、この回転枠
６内に設けられ、この回転枠６の回転軸方向と直角方向
に前記回転枠壁で支持された揺動軸２と、この揺動軸２
で支持される永久磁石３と、この永久磁石３に対し磁力
を発生して前記揺動軸２まわりに前記永久磁石３を揺動
させる磁力発生手段４と、前記永久磁石３に取付けられ
た圧電振動子５と、前記回転枠６を回転する回転手段７
とを備えたものである。

【００１６】また、前記チューブ１の挿入方向を前方と
し、前記圧電振動子５を前記永久磁石３の前方に取付け
たものである。

【００１７】また、前記チューブ１の挿入方向に直角方
向を側方とし、前記圧電振動子５を前記永久磁石３の側
方に取付けたものである。

【００１８】また、前記回転手段７として、フレキシブ
ルワイヤー８を用いこのフレキシブルワイヤー８をモー
タ９で回転するようにしたものである。

【００１９】また、前記回転手段７として、前記回転枠
６の回転軸に流体による回転体10を設け、前記チューブ
１内に流体を流すようにしたものである。

【００２０】また、前記回転手段７として、超音波モー
タを用いたものである。

【００２１】また、前記回転手段７として、静電モータ
を用いたものである。

【００２２】また、前記磁力発生手段４として、前記永
久磁石３に対向してコイルまたは電磁石15を設け、この
コイルまたは電磁石15と前記永久磁石３との間で前記揺
動軸２まわりの揺動モーメントを発生するようにしたも
のである。

【００２３】

【作用】永久磁石３はチューブ１の軸方向とほぼ直角方
向に配置され、チューブ壁で両端が支持された揺動軸２
まわりに磁力発生手段４によって揺動される。永久磁石
３に取付けられた圧電振動子５も揺動するので超音波ビ
ームの照射範囲がこの揺動により拡大され広範囲の探触
が可能となる。

【００２４】永久磁石３の前方に取付けられた圧電振動
子５によって揺動軸２を中心とし扇状の範囲を照射する
ことにより前方の超音波情報が得られる。

【００２５】また、永久磁石３の側方に取付けられた圧
電振動子５によって揺動軸２を中心とし扇状の範囲を照
射することにより側方の超音波情報が得られる。さらに
前方および側方の圧電振動子５による扇状の照射によ
り、前方および側方の超音波情報が得られる。

【００２６】また、回転枠６を、チューブ１内でチュー
ブ１の軸方向を回転軸として回転できるようにし、回転
枠６の回転軸と直角方向に揺動軸２を設けて両端を回転
枠壁で支持する。永久磁石３は磁力発生手段４により揺
動軸２のまわりを揺動すると共に、回転手段７によって
回転する。これにより永久磁石３に取付けられた圧電振
動子５からの照射ビームは３次元の範囲を走査して超音
波情報を得ることができる。

【００２７】これにより、永久磁石３の前方に設けられ
た圧電振動子５からの照射ビームは円錐状または３次元
に前方を照射することができるようになる。

【００２８】また、これにより永久磁石３の側方に設け
られた圧電振動子５からの照射ビームは側方へ３次元に
広がる。さらに前方および側方の照射を組み合せること
により前方と側方のほぼ全域を照射して３次元超音波情
報を得ることができるようになる。

【００２９】回転枠６を回転する回転手段７として、回
転枠６の回転軸にフレキシブル・ワイヤー８を接続し、
このフレキシブル・ワイヤー８を外部のモータ９で回転
するようにする。

【００３０】また、回転枠６の回転軸に羽根車やフィン
などの流体による回転体10を設け、チューブ１内を流体
を流すことにより羽根車10を回転することができる。流
量を変えることにより回転速度を制御することができ
る。

【００３１】また、回転枠６の回転軸に超音波モータを
接続し、回転枠６を回転することができる。

【００３２】また、回転枠６の回転軸に静電モータを接
続して回転枠６を回転することができる。

【００３３】永久磁石３に対向してコイルまたは電磁石
15を設け、永久磁石３との間でコイルまたは電磁石15と
吸引し、または反発するようにして揺動軸２まわりに揺
動モーメントを発生させることにより永久磁石３を揺動
することが可能となる。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１，図２は本発明の第１実施例を示す。図にお
いて、１はチューブで、超音波探触子を内包し、血管な
どの検査孔や管にこのチューブ１を繰り出して挿入した
り引抜いたりする。２は永久磁石３のほぼ中心を回転自
在に支持する揺動軸で、チューブ１の軸方向と直交する
方向に配置され、図２に示すように両端をチューブ壁で
回転自在に支持する。圧電振動子５は永久磁石３の前方
に設けられ信号線17より電圧が印加される。

【００３５】永久磁石３の後方には２本のコイル又は電
磁石15が、図１において揺動軸２を中心として上下にそ
れぞれ等距離離れた位置に設けられ、リード線16より交
番電流が供給される。２つのコイル又は電磁石15には、
永久磁石３と一方が吸引し、他方が反発するようにし、
これを交互に行うようにリード線16より電流を供給し、
永久磁石３を揺動軸２まわりに揺動させる。

【００３６】永久磁石３の揺動により、圧電振動子５か
ら出射される超音波ビームは図示の如くチューブ１の前
方において扇型に走査され超音波断層像を得ることがで
きる。扇の開度は揺動角に応じて変化する。

【００３７】２つのコイルまたは電磁石15は、コイルの
巻く方向を同じにすれば、互に異なる方向の電流をリー
ド線16より供給することにより一方が吸引力を他方が反
発力を生じる。またコイルの巻く方向を互に逆方向にす
れば、同じ方向に電流を流せば同じ結果が得られる。な
お、図１，図２では永久磁石３は２極としたが４極にし
てもよいし、またコイルまたは電磁石15を２個としたが
１個でも揺動運動を行うことが可能である。

【００３８】次に第２実施例を図３を用いて説明する。
本実施例は、第１実施例が圧電振動子５を永久磁石３の
前方に取付けたのに対して、側方に取付けたものであ
る。本実施例の場合、揺動軸２と直交する断面内におけ
る扇型の超音波ビームによりこの断面に沿った断面像を
得ることができ、脂質の厚さや長さの情報を得ることが
できる。図３は圧電振動子５を永久磁石３の上下に２個
設けた場合を示すが、一方向の走査だけでよければ１個
でよい。特に後述するように永久磁石３を回転するよう
にすれば１個でよい。また必ずしも揺動軸２と直交する
断面内に圧電振動子５を設けなくてもよい。

【００３９】次に第３実施例を図４を用いて説明する。
本実施例は、第１および第２実施例を組み合せた場合
で、前方および側方の超音波断層像を同時に得ることが
でき、前方および側方の脂質厚さおよび長さの情報を得
ることができる。

【００４０】次に第４実施例を図５，図６を用いて説明
する。本実施例は図１に示す第１実施例の永久磁石３を
チューブ１の軸方向を回転軸にして回転するようにした
ものである。揺動軸２は回転枠６の回転軸と直交して設
けられ、回転枠６の両側壁で回転自在に支持されてい
る。図６におけるロータリートランス18は永久磁石３に
取付けられた圧電振動子５への給電を行うために設けら
れたもので、同様のロータリートランスをコイルのリー
ド線16、および信号線17にも設ける。これにより、これ
らの線が回転によってよじれるのを防止できる。

【００４１】本実施例によれば前方に扇型に走査してい
る超音波ビームを360 °回転走査することができるので
前方の対象物の３次元超音波情報の収集が可能となる。

【００４２】本実施例の圧電振動子５を回転することに
より前方の対象物の３次元超音波情報が得られることが
できる他の方法については、同一出願人による特願平３
−118872に詳説してあるのでここで要点のみを説明す
る。図11は進行方向の垂直面にドーナツ状に８個の圧電
振動子を配置し、ドーナツの中心軸を回転軸として回転
して３次元超音波影像を得る装置を示す。

【００４３】まず、始めに８分割された圧電振動子104
のうち１個の圧電振動子を送信素子103 とし、残りの７
個の圧電振動子を受信素子101 とする。次に送信素子10
3 からインパルスの球面波を送信し、任意の被測定点10
2 からの反射波を他の７個の受信素子101 で受信する。

【００４４】次に各受信素子101 からの出力をＡ／Ｄ変
換器105 でデジタル信号に変換し、ウエイブ・データと
してウエイブ・メモリ106 に取り込む。次にウエイブ・
メモリ106 に取り込んだ各受信素子101 のデータから３
次元影像を再構成する前に、再構成する空間を、超音波
探触子の圧電振動子104 が配置された平面と平行な面、
つまりＣモード像に相当する面を予め数面選択してお
き、各Ｃモード像ごとの、送信素子〜任意の被側定点〜
受信素子間の伝播経路の伝播時間を各受信素子ごとに計
算して予めデータ・マスク108 を製作しておく。

【００４５】次に各Ｃモード像ごとの各受信素子101 ご
とに予め計算されたデータ・マスク108 と等しい、実測
の各Ｃモード像ごとの各受信素子101 のウエイブ・デー
タをウエイブ・メモリ106 から読み出し、演算処理回路
107 で全てを加算した結果から逆に被測定点を同定し、
１枚のＣモード像を獲得する。

【００４６】最後の２段階を、高速に演算処理すること
の繰り返しにより各Ｃモード像を再構成し、数枚のＣモ
ード像をモニター109 に、voxel 表示、あるいは階調コ
ードとピクセルの大きさの変化をもたせた表示等をする
ことで、超音波放射面より前方の３次元影像を得ること
ができる。なお、本実施例では、ドーナツ状の圧電振動
子を８分割した場合について述べたが、分割数、圧電振
動子形状は、これに限定されるものではない。

【００４７】本実施例は第１実施例の場合につき永久磁
石３および圧電振動子５を回転した場合について説明し
たが、第２，第３実施例の場合につき、同様に永久磁石
３と圧電振動子５を回転することもできる。これにより
前方，側方の対象物の３次元的な超音波情報の収集が可
能となる。なお、以下に述べる実施例も第１実施例を回
転した場合について説明するが、いずれも第２，第３実
施例と組み合せることができるものである。

【００４８】次に第５実施例について図７を用いて説明
する。本実施例は第４実施例について、回転枠６の回転
をフレキシブル・ワイヤー８で行う場合である。フレキ
シブル・ワイヤー８の回転方法は図13に示す方法と同じ
である。しかし本実施例の場合、フレキシブル・ワイヤ
ー８を用いることによりカテーテルの剛性が高くなり、
深部まで挿入することが困難な場合もあり、またこのた
め血管を傷つける恐れがある。以降に述べる実施例は、
カテーテルを柔軟にし血管を傷つけることなく、安全に
深部までカテーテルを挿入できるようにしている。

【００４９】次に第６実施例を図８を用いて説明する。
本実施例は第４実施例について回転枠６の回転を羽根車
またはフィン10を用いて行うものであり、回転枠６の回
転軸に羽根車またはフィン10を取付け、チューブ１内に
流路19を設け、流体を羽根車またはフィン10に当てるこ
とにより回転させる。図８においては、流体をカテーテ
ル外部の装置から供給し、血管内に放出している。他の
方法としては、流体をカテーテル内で循環させたり、流
体（血液）を吸引したりすることで羽根車またはフィン
10を回転させる。流体については、生理食塩水等人体に
害のないものが選択される。

【００５０】次に第７実施例を図９を用いて説明する。
本実施例は第４実施例について回転枠６の回転を超音波
モータを用いて行うものであり、超音波モータの一構成
例である。回転枠６の回転軸に摩擦係数が大きく振動エ
ネルギーを効率よく回転エネルギーに変換できるロータ
11を取付け、このロータ11の周囲に圧電振動子20を取付
けたステータリング12を配置し、このステータリング12
をチューブ１内壁に固着して超音波モータを構成し、超
音波モータ信号線21により圧電振動子20に高周波電圧を
印加して回転枠６を回転する。

【００５１】次に第８実施例を図10を用いて説明する。
本実施例は第４実施例について回転枠６の回転を静電モ
ータを用いて行うものであり、静電モータの一構成例で
ある。回転枠６の回転軸にロータ側電極13を設け、この
ロータ側電極13の周囲にステータ側電極14を複数個配置
し、それぞれの電極に信号線22を介して電圧を供給す
る。

【００５２】上述の実施例において、圧電振動子５で送
受信される超音波の音響特性を向上させるため、バッキ
ング、整合層、レンズ等（図示せず）を形成し、永久磁
石３に取付けることは周知技術である。また、圧電振動
子が構成されているスペースに、人体とのマッチングを
とるため生理食塩水等が充満されているもので周知のこ
とである。また、圧電振動子５やコイル類から引き出し
たリード線（図示してないものもある）が回転機構で絡
まって切れない様に、ブラシ接続やロータリートランス
を用いることについては一部説明したが、該当箇所には
これらが用いられているものとする。

【００５３】さらに、超音波ビームの送信方向または受
信方向を検出するために、ロータリーエンコーダや、非
接触のレーザーを用いたエンコーダを使用して位置検
出、角度検出等を行うこと、また診断装置側で、超音波
受信信号と位置信号を処理する信号処理回路や、制御回
路で制御を行うことで、超音波断層像を表示することな
どは公知技術を用いる。

【００５４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は圧電振動子を揺動させることにより扇型に超音波ビー
ムを照射し、さらに揺動すると共に回転も行うことによ
り３次元的超音波情報を得ることができる。また回転も
圧電振動子近傍に回転機構を設けることにより、安全か
つ確実に回転動作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す図である。

【図２】図１のＹ矢視を示す図である。

【図３】第２実施例を示す図である。

【図４】第３実施例を示す図である。

【図５】第４実施例を示す図である。

【図６】図５のＹ矢視を示す図である。

【図７】第５実施例を示す図である。

【図８】第６実施例を示す図である。

【図９】第７実施例を示す図である。

【図１０】第８実施例を示す図である。

【図１１】進行方向垂直面に設けた圧電振動子を回転し
たことにより得られる影像説明図である。

【図１２】従来の超音波探触子の構成例を示す図であ
る。

【図１３】フレキシブルワイヤーの回転機構を示す図で
ある。

【図１４】従来の診断の様子を示す図である。

【図１５】図14の超音波ビームによる超音波断層像を示
す図である。

【図１６】レーザー照射による治療の様子を示す図であ
る。

【図１７】従来の診断の様子を示す図である。

【図１８】従来の診断の様子を示す図である。

【図１９】従来の診断の様子を示す図である。

【図２０】レーザー照射の誤りの一例を示す図である。

【符号の説明】

１チューブ２揺動軸３永久磁石５圧電振動子６回転枠８フレキシブルワイヤー 10 羽根車またはフィン 11 ロータ 12 ステータリング 13 ロータ側電極 14 ステータ側電極 15 コイルまたは電磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川辺憲二神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チューブ（１）内に設けられ、このチュ
ーブ（１）の軸方向とほぼ直角方向にチューブ壁で支持
された揺動軸（２）と、この揺動軸（２）で支持される
永久磁石（３）と、この永久磁石（３）に対し磁力を発
生して前記揺動軸（２）まわりに前記永久磁石（３）を
揺動させる磁力発生手段（４）と、前記永久磁石（３）
に取付けられた圧電振動子（５）とを備えたことを特徴
とする超音波探触子。
【請求項２】前記チューブ（１）の挿入方向を前方と
し、前記圧電振動子（５）を前記永久磁石（３）の前方
に取付けたことを特徴とする請求項１記載の超音波探触
子。
【請求項３】前記チューブ（１）の挿入方向に直角方
向を側方とし、前記圧電振動子（５）を前記永久磁石
（３）の側方に取付けたことを特徴とする請求項１また
は２記載の超音波探触子。
【請求項４】チューブ（１）内に設けられ、このチュ
ーブ（１）の軸方向に回転軸を持つ回転枠（６）と、こ
の回転枠（６）内に設けられ、この回転枠（６）の回転
軸方向と直角方向に前記回転枠壁で支持された揺動軸
（２）と、この揺動軸（２）で支持される永久磁石
（３）と、この永久磁石（３）に対し磁力を発生して前
記揺動軸（２）まわりに前記永久磁石（３）を揺動させ
る磁力発生手段（４）と、前記永久磁石（３）に取付け
られた圧電振動子（５）と、前記回転枠（６）を回転す
る回転手段（７）とを備えたことを特徴とする超音波探
触子。
【請求項５】前記チューブ（１）の挿入方向を前方と
し、前記圧電振動子（５）を前記永久磁石（３）の前方
に取付けたことを特徴とする請求項４記載の超音波探触
子。
【請求項６】前記チューブ（１）の挿入方向に直角方
向を側方とし、前記圧電振動子（５）を前記永久磁石
（３）の側方に取付けたことを特徴とする請求項４また
は５記載の超音波探触子。
【請求項７】前記回転手段（７）として、フレキシブ
ルワイヤー（８）を用いこのフレキシブルワイヤー
（８）をモータ（９）で回転するようにしたことを特徴
とする請求項４〜６のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項８】前記回転手段（７）として、前記回転枠
（６）の回転軸に流体による回転体（10）を設け、前記
チューブ（１）内に流体を流すようにしたことを特徴と
する請求項４〜６のいずれかに記載の超音波探触子。
【請求項９】前記回転手段（７）として、超音波モー
タを用いたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに
記載の超音波探触子。
【請求項１０】前記回転手段（７）として、静電モー
タを用いたことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに
記載の超音波探触子。
【請求項１１】前記磁力発生手段（４）として、前記
永久磁石（３）に対向してコイルまたは電磁石（15）を
設け、このコイルまたは電磁石（15）と前記永久磁石
（３）との間で前記揺動軸（２）まわりの揺動モーメン
トを発生するようにしたことを特徴とする請求項１〜10
のいずれかに記載の超音波探触子。